LEAP-HI: All-Carbon Recyclable Electronics (ACRE): Realizing a Sustainable Electronics Lifecycle

LEAP-HI:全碳可回收电子产品 (ACRE):实现可持续电子产品生命周期

基本信息

  • 批准号:
    2245265
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-01 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The US Environmental Protection Agency (EPA) recently identified the reduction of greenhouse gas (GHG) emissions from semiconductor device manufacturing, particularly for flat panel displays, to be one of the foremost challenges for mitigating climate change. Printed electronics potentially offer a more environmentally friendly approach to realizing semiconductor devices for use in displays. Research completed in association with this Leading Engineering for America's Prosperity, Health, and Infrastructure (LEAP-HI) project will investigate the printing of all-carbon recyclable electronic (ACRE) materials to replace silicon- or metal oxide-based semiconductors and their high-GHG emission manufacturing processes, particularly for the flat-panel display industry. ACRE materials can bring sustainability to a product’s entire lifecycle, as the materials can be recaptured and reused – an unprecedented capability for semiconducting and insulating electronic materials. The interdisciplinary effort will evaluate the potential for ACRE materials to increase US-based manufacturing of electronic displays with a significant reduction in carbon footprint. Longer-term success in the development of ACRE materials would reduce energy-related emissions from the manufacturing and use of semiconductor electronics and ensure that the US maintains a technological lead in this core competency and capability. In addition to the broader technical impacts, this project has broad social impacts through the engagement of women and underrepresented minorities and the attraction of K-12 students and undergraduates to STEM careers.The project will focus on demonstrating the viability of ACRE materials and processes in the manufacturing of electronic displays, targeting a reimagining of the electronic display manufacturing sector. These ACRE materials – comprised of crystalline nanocellulose, carbon nanotubes, and graphene – will be processed as inks at room temperature, enabling revolutionary manufacture using printing techniques. Several fundamental research problems will be addressed, including how to print multilayers of dissimilar electronic materials without intermixing, how to design devices and circuits appropriate for printed nanomaterial-based display backplanes, and what the environmental impact is for a printed ACRE material-based technology. The team will: 1) build on promising preliminary results to develop fully printed, ACRE thin-film transistors (TFTs) on glass; 2) analyze energy and environmental impact of developed materials and processes; and 3) design and demonstrate a pixel-driving circuit with ACRE-TFTs. Iterative engineering of ink chemistries, print processes, and printed TFT design will be key to the success of the collaborative project. Scientific discoveries will be pursued in the core chemistry, functionalization, environmental impact, and print processing of solution-phase nanomaterials. The engineering impact of this work will be increased through a consultative collaboration with a US lab-to-fab transition company with experience in printed electronics.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
美国环境保护署 (EPA) 最近认为,减少半导体器件制造(尤其是平板显示器)的温室气体 (GHG) 排放是缓解气候变化的首要挑战之一。印刷电子产品有可能提供更加环保的产品。与美国繁荣、健康和基础设施领先工程 (LEAP-HI) 项目相关的研究将研究全碳可回收电子 (ACRE) 材料的印刷,以取代硅材料。或金属氧化物半导体及其高温室气体排放制造工艺,特别是对于平板显示器行业,ACRE 材料可以为产品的整个生命周期带来可持续性,因为这些材料可以回收和再利用——这对于半导体和半导体行业来说是前所未有的能力。这项跨学科的工作将评估 ACRE 材料在增加美国电子显示器制造方面的潜力,并显着减少碳足迹。ACRE 材料开发的长期成功将减少与能源相关的排放。半导体电子产品的制造和使用,并确保美国在这一核心竞争力和能力方面保持技术领先地位。 除了更广泛的技术影响之外,该项目还通过女性和代表性不足的少数族裔的参与以及对 K 的吸引而产生广泛的社会影响。 -12 名学生和本科生进入 STEM 职业。该项目将重点展示 ACRE 材料和工艺在电子显示器制造中的可行性,目标是重新构想这些 ACRE 材料(由结晶纳米纤维素、碳组成)。纳米管和石墨烯将在室温下作为墨水进行加工,从而能够使用印刷技术进行革命性的制造,其中包括如何在不混合的情况下印刷多层不同的电子材料,如何设计适合印刷的设备和电路。基于纳米材料的显示背板,以及基于 ACRE 材料的印刷技术对环境的影响 该团队将:1)基于有希望的初步结果,开发玻璃上的全印刷 ACRE 薄膜晶体管(TFT); 2) 分析所开发材料和工艺的能源和环境影响;3) 设计和演示采用 ACRE-TFT 的像素驱动电路 墨水化学、印刷工艺和印刷 TFT​​ 设计的迭代工程将是成功的关键。合作项目将在溶液相纳米材料的核心化学、功能化、环境影响和印刷加工方面取得科学发现,通过与美国的咨询合作将增加这项工作的工程影响。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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  • 影响因子:
    0
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  • 通讯作者:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
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  • 发表时间:
    2010
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    R. Winston
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HIV-1 允许和非允许 U937 克隆中 NF-κB 信号传导、弹性蛋白酶定位和吞噬作用存在差异1
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  • 发表时间:
    2008
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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